专利名称：一种纳米零价铁为引发剂处理典型重金属、有机氯废水方法
技术领域：
本发明涉及环境化学，具体地说是一种利用纳米零价铁为引发剂处理含重金属离子、有机氯、染料废水的方法。
背景技术：
水污染与防治已经成为全球关注的严重问题。废水中含有染料、氯代有机物、硝基化合物、重金属离子等各种污染物。在水污染中，重金属离子是其中较为严重的污染物，尤其是铬。随着工业的发展， 铬及其化合物作为冶金、电镀、制革、油漆、颜料、印染、制药等行业的重要原料，得到了广泛的应用。与此同时，大量的含铬粉尘、含铬废水和铬渣也排入环境中，对大气、水体、土壤造成了严重的污染。有机氯是水环境中一类不可忽视的污染物，如各种有机氯农药及四氯乙烯、三氯乙烯等。其中，四氯乙烯是一种难降解氯代烯烃化合物，被广泛用于干洗行业、金属清洁等各个领域，代替了耗量大、易燃、去污能力较差的石油系溶剂。随着四氯乙烯的大规模使用， 大气、地下水及土壤同时受到严重污染。以上这些有毒物质具有致畸、致癌、致突变的“三致”作用，对人类的生存环境是一种严重的威胁。能被微生物降解的物质一般毒性较低，且易处理，毒性大而又稳定性高的污染物往往很难被微生物降解，传统的污水处理工艺对这些有机物的降解效率很低。因此，开发低成本、高效率的污水处理技术成为水污染与治理领域的热点和重点。零价铁近年来，国内外学者开始研究零价铁材料还原去除水体中的重金属污染的研究，并取得了一定的效果。近年来，零价铁大量的被用于处理各种污水，染料废水、氯代有机物、硝基化合物、重金属离子。应用的零价铁材料中，主要有铁屑、铁粉、纳米铁粉和海绵铁。有些研究小组致力于提高零价铁的活性，改进的方法包括与超声波协同作用，杂化重金属离子如钯、镍，用酸将零价铁表面的钝化层进行蚀刻等，研究表明，这些方法都在一定程度上提高了零价铁的活性。然而，需要指出的是，超声波的协同作用在实际工业化过程中会受到限制。纳米零价铁的活性与其制备工艺有密切关系，事实表明，未经钝化的纳米零价铁会与水本身发生剧烈的氧化还原反应，无法有效的处理废水；传统方法制备的纳米零价铁表面存在大量的氧化物，使得反应效率大大降低。本发明利用纳米零价铁制成了引发剂，对目前存在的一些问题进行了的巧妙的改善。众所周知，零价铁处理废水的主要机理是利用其还原能力，可将在金属活动顺序表中排于其后的金属置换出来而沉积在铁的表面，还可将氧化性较强的离子或化合物及某些有机物被还原。引发剂中纳米零价铁不仅活性提高了，而且引发剂中产生了其它一些具有还原能力的离子，使得纳米零价铁的活性大大提高了
发明内容
本发明的目的在于提供一种利用纳米零价铁为引发剂处理含重金属离子、有机氯废水的方法。通过制备引发剂，利用引发剂中与废水直接的化学还原、竞争反应等机理，使得纳米零价铁能够快速高效的去除污水，从而实现了本发明的目的。为实现上述目的，本发明采用的技术方案包括以下步骤(1)取I-IOmL的Cr(VI)或四氯乙烯或亚甲基蓝初始溶液与纳米零价铁粉加入到预处理容器中，滴加O-ImL H2SO4, H2SO4浓度为0. 05-0. 5mol/L，超声。(2)将步骤⑴得到的含有纳米零价铁的引发剂加入到Cr (VI)或四氯乙烯或亚甲基蓝溶液中，在水浴恒温振荡器内振荡，其中温度为15-25°C，振荡速度为100-150r/min， 振荡方式为回环式振荡。反应一定时间，实现对各种废水的处理。步骤(1)所述纳米级零价铁，为本公司自制产品，纳米零价铁表面覆有钝化层。纯度98%，粒径为100-250nm，比表面积为3_7m2/g。步骤⑴所述纳米零价铁的添加量占废水处理量的比例为1/100-1/2000，优选范围为 1/400-1/1000。步骤(1)所述超声温度为15-25°C，功率为100W-160W，超声时间为2-15min。本发明利用引发剂制备过程中，酸去除表面钝化层作用、超声的清洗、化学作用、 初始溶液竞争作用等多种作用协同作用下，提高纳米零价铁去除废水的活性。本发明主要优点有1.实用性强。该发明可处理多种废水，如重金属离子、有机氯、染料等。2.处理效果好。比一般的纳米零价铁处理废水的方法提高了几倍甚至是几十倍。3.处理速率快。几乎在前30min内就将废水处理达到平衡。4.工艺简单。本发明整个工艺只需要将制备引发剂，然后加入到废水中，无需其它复杂的工艺流程。5.操作费用低。无特殊设备，只需普通超声清洗仪便可，超声只要2-15min就可。6.安全无污染。本发明只需要纳米零价铁，无需添加其他有毒有害化学品，且处理完成后也不会产生废烟废气等次生污染物。引入的S042-也小于饮用水中硫酸盐的含量标准(小于 250mg/L)。
含纳米零价铁的引发剂对Cr(VI)去除效果图
具体实施例方式使用本发明所述的方法处理一定浓度的典型的重金属离子、有机氯、染料如 Cr(VI)、四氯乙烯、亚甲基蓝。六价铬的测定方法利用二苯碳酰二胼分光光度法，参照GB/ T7467-1987。四氯乙烯的测定方法利用气相色谱法，参照GB/T17130-1997，采用外标法对四氯乙烯进行定量分析，气相色谱仪型号为岛津2010。以下实施例是对本发明的进一步说明，不是对本发明的限制。实施例1 取4mL的100mg/L Cr (VI)溶液与0. 15g纳米零价铁粉加入到预处理容器中，滴加0. 25mL H2SO4, H2SO4浓度为0. 35mol/L，超声5min。将得到的含有纳米零价铁的引发剂加入到50mL 200mg/L Cr(VI)溶液中，在水浴恒温振荡器内振荡，其中温度为20°C，振荡速度为 140-150r/min，振荡方式为回环式振荡。反应5min，Cr (VI)的去除效果去除率100%，每克纳米零价铁处理Cr(VI)的量为66. 67mg。实施例2与实施例1不同之处在于取4mL的100mg/L Cr (VI)溶液与0. 15g纳米零价铁粉加入到预处理容器中，滴加 0. 25mL H2SO4, H2SO4浓度为0. lmol/L，超声5min。将得到的含有纳米零价铁的引发剂加入到IOOmL 200mg/L Cr(VI)溶液中，在水浴恒温振荡器内振荡，其中温度为20°C，振荡速度为140-150r/min，振荡方式为回环式振荡。反应30min，实现对各种废水的处理。Cr(VI)的去除效果去除率79. 25%，每克纳米零价铁处理Cr(VI)的量为107. OOmg。实施例3:与实施例1不同之处在于取4mL的100mg/L Cr (VI)溶液与0. 15g纳米零价铁粉加入到预处理容器中，滴加0. 5mL H2SO4, H2SO4浓度为0. lmol/L，超声5min。将得到的含有纳米零价铁的引发剂加入到IOOmL 300mg/L Cr(VI)溶液中，在水浴恒温振荡器内振荡，其中温度为20°C，振荡速度为140-150r/min，振荡方式为回环式振荡。反应30min，实现对各种废水的处理。Cr(VI) 的去除效果去除率77. 25%，每克纳米零价铁处理Cr(VI)的量为154. 5mg。实施例4 取5mL 16. 31mg/L四氯乙烯溶液与0. 6g纳米零价铁粉加入到预处理容器中，滴加 0. 4mL H2SO4, H2SO4浓度为0. lmol/L，超声5min。将得到的含有纳米零价铁的引发剂加入到 IOOmL 32. 6mg/L四氯乙烯溶液中，在水浴恒温振荡器内振荡，其中温度为20°C，振荡速度为140-150r/min，振荡方式为回环式振荡。反应120min，实现对各种废水的处理。四氯乙烯的处理效果去除率88. 35%，每克纳米零价铁处理四氯乙烯的量为5. 57mg。实施例5 与实施例4不同之处在于取5mL 355mg/L四氯乙烯溶液与0. 5g纳米零价铁粉加入到预处理容器中，滴加 0. 25mL H2SO4, H2SO4浓度为0. lmol/L，超声5min。将得到的含有纳米零价铁的引发剂加入到200mL 44. 4mg/L四氯乙烯溶液中，在水浴恒温振荡器内振荡，其中温度为20°C，振荡速度为140-150r/min，振荡方式为回环式振荡。反应120min，实现对各种废水的处理。四氯乙烯的处理效果去除率32. 88%，每克纳米零价铁处理四氯乙烯的量为7. OOmgo实施例6 与实施例4不同之处在于取5mL 355mg/L四氯乙烯溶液与0. 5g纳米零价铁粉加入到预处理容器中，滴加 0. 25mL H2SO4, H2SO4浓度为0. lmol/L，超声5min。将得到的含有纳米零价铁的引发剂加入到200mL 83. 9mg/L四氯乙烯溶液中，在水浴恒温振荡器内振荡，其中温度为20°C，振荡速度为140-150r/min，振荡方式为回环式振荡。反应120min，实现对各种废水的处理。四氯乙烯的处理效果去除率36. 59%，每克纳米零价铁处理四氯乙烯的量为13. 58mg。
权利要求
1.一种利用纳米零价铁为引发剂处理含重金属离子、有机氯废水的方法，其步骤如下(1)取I-IOmL的Cr(VI)或四氯乙烯或亚甲基蓝初始溶液与纳米零价铁粉加入到预处理容器中，滴加O-ImL H2SO4, H2SO4浓度为0. 05-0. 5mol/L，超声。(2)将步骤(1)得到的含有纳米零价铁的引发剂加入到Cr(VI)或四氯乙烯或亚甲基蓝溶液中，在水浴恒温振荡器内振荡，其中温度为15-25°C，振荡速度为100-150r/min，振荡方式为回环式振荡。反应一定时间，实现对各种废水的处理。
2.权利1所述纳米零价铁的添加量占废水处理量的比例为1/100-1/2000，优选范围为 1/400-1/1000。
3.权利1所述超声温度为15-25°C，功率为100W-160W，超声时间为2-15min。
4.权利1所述纳米级零价铁，为本公司自制产品，纳米零价铁表面覆有钝化层。纯度 98%，粒径为100-250nm，比表面积为3_7m2/g。
全文摘要
本发明涉及环境化学，具体地说是一种利用纳米零价铁为引发剂处理含重金属离子和有机氯废水的方法。本发明利用纳米零价铁制备成的引发剂中的化学还原、竞争反应等机理处理废水，且这种引发剂对于多种废水都适用，如典型的重金属离子、有机氯如Cr(VI)、四氯乙烯等。将纳米零价铁进行预处理制备成引发剂，加入到装有废水的反应器中，在水浴恒温振荡器内振荡，其中温度为15-25℃，振荡速度为160-180r/min。反应一定时间，实现对各种废水的处理。采用本发明，每g纳米零价铁分别可以处理70-200mg Cr(VI)，5-15mg四氯乙烯。因此本发明在修复含重金属离子和有机氯废水方面具有良好的应用前景。
文档编号C02F1/70GK102276045SQ20101019758
公开日2011年12月14日 申请日期2010年6月11日 优先权日2010年6月11日
发明者汪芳, 沈同德 申请人:南京宏德纳米材料有限公司